噪声对电磁辐射准确测量影响较大, 特别是对一些弱信号电磁辐射测量, 噪声影响不容忽视, 需要对测量结果进行修正。目前传统修正办法是合理设置频谱分析仪参数, 但不同频谱分析仪, 参数设置会存在差别, 这种方法通用性不强, 而且对电磁辐射测量结果精确度提高不明显。对此, 本文研究了频谱分析仪基底噪声及测量环境中噪声的特征, 提出了基于高斯白噪声的修正方法, 并通过实验进行分析验证。该方法能为电磁辐射准确测量与评估提供新的思路。

利用声表面波(SAW)技术设计的Chirp变换频谱仪(CTS)具有低功耗、高稳定性等优势，特别适用于深空探测领域。该文提出了一种大带宽的CTS系统。由数模转换器(DAC)和四倍频器产生2 GHz带宽的展宽线Chirp信号，其色散特性与1 GHz带宽的声表面波色散延迟线特性匹配。搭建了实时处理带宽为1 GHz、频率分辨率为100 kHz的频谱分析仪，并对在大带宽下CTS出现的响应不均衡展开探讨。分析了系统各部分对CTS的影响，通过实验验证了响应不均衡出现的原因。测试结果表明，该文设计搭建的1 GHz带宽CTS系统的频率分辨率可达115, 512 kHz。

Accurate spectral measurement and wavelength determination are fundamental and vital for many fields. A compact spectrum analyzer with high performance is expected to meet the growing requirements, and speckle-based spectrum analyzer is a potential solution. The basic principle is based on using the random medium to establish a speckle-to-wavelength mapping relationship for spectrum reconstruction. This article introduces current speckle-based spectrum analyzers with different schemes and reviews recent advances in this field. Besides, some applications by using speckle-based spectrum analyzers are also introduced. Finally, the existing challenges and the future prospects of using speckle for spectrum recovery are discussed.

光谱分析仪（Optical Spectrum Analyzer, OSA）是光通信领域的重要测试分析仪器，主要用于测试光源、光纤光缆以及光器件的光谱特性。在介绍OSA基本原理的基础上，研究了波长精细定标方法。首先，分析了波长与采样点及探测波段之间的关系；然后基于可调谐激光器与波长计，利用最小二乘法对几个特征波长进行了定标；最后利用近红外光谱测试系统进行了验证实验。结果表明，定标后的波长准确度控制在±0.3 nm以内，满足产品指标要求。

为了使光谱分析仪(Optical Spectrum Analyzer, OSA)能精确测量窄谱宽光信号, 要求光栅转动一圈分辨200万个点。设计了一种基于衍射光栅、直流无刷电机(Brushless Direct Current Motor, BLDCM)和光电编码器的高分辨率光栅定位系统。实现了基于比例--积分--微分(Proportion Integration Differentiation, PID)的高精度闭环调速控制技术, 以驱动BLDCM带动光栅的转动。同时, 高精度光电编码器快速检测并反馈光栅的角位置, 细分电路对编码器的输出信号作进一步细分。将输出信号的分辨率从16000点/圈提升至2048000点/圈, 极大地提升了光栅定位系统的整体分辨率。通过实验测试了光栅扫描速度、波长重复性和波长准确度等性能指标, 验证了光栅定位的精度和分辨率。

针对传统光谱仪和F-P干涉仪分辨率不能满足窄线宽激光器线宽的测量要求，基于延时自外差法搭建测试平台。设置频谱分析仪分辨率参数抑制噪声实验，通过使用20 km延时光纤、80 MHz声光移频器和50:50光纤耦合器，通过光电探测器实现光电转换并利用频谱分析仪分析测试信号。对频谱分析仪分辨带宽RBW和视觉带宽VBW以及扫频范围(Scan Range)进行优化设置，在不降低测试灵敏度的情况下，将重叠信号分辨开，使其不会过多滤掉高频成分而失真并对线宽功率谱峰值进行洛伦兹曲线拟合。最后得到了1 550 nm波长可调谐光纤激光器(1 520~1 570 nm)的线宽值约为161 kHz，为频谱仪的参数优化设置及窄线宽激光器线宽标定提供了相关参考。

基于地对空高光谱观测获取大气CO2柱浓度(大气中CO2的垂直总含量)数据是验证和改进卫星高光谱观测反演CO2浓度的重要数据源之一, 而目前在中国还没有基于地面光谱观测进行大气CO2柱浓度反演研究的报告。 利用光谱分析仪与太阳跟踪仪等构成的地面观测系统在中国内蒙古锡林郭勒草原进行了地对空高光谱观测, 基于高光谱观测数据反演了大气CO2柱浓度。 在基于1.6 μm大气CO2的光谱吸收特征进行CO2浓度反演过程中, 评价分析了观测光谱的波长漂移和气象参数对大气CO2柱浓度反演精度的影响。 结果显示观测期间平均大气CO2柱浓度为390.9 μg·mL-1。 波长的漂移将会导致反演浓度值整体偏低; 波长漂移从-0.012～0.042 nm范围时, 将会导致1 μg·mL-1以上的偏差。 同时, 研究发现光谱透过率在6 357～6 358, 6 360～6 361和6 363～6 364 cm-1谱段敏感于气象参数的变化。 对比利用与光谱观测同时和非同时观测的气象参数进行的浓度反演结果发现, 非同时观测气象参数的利用引起的浓度偏差最小在0.11 μg·mL-1, 最大可达4 μg·mL-1; 本论文的分析结果对基于光谱反演CO2柱浓度算法的改进有着一定的参考价值。

首先介绍了欧空局(ESA)火星快车(Mars Express)上装载的火星大气特征研究光谱 仪(Spectroscopy for Investigation of Characteristics of the Atmosphere of Mars, SPICAM)和红外矿物光谱制图 仪(Observatory of Mineralogy, Water, Ice and Activity or IR Mineralogical Mapper, OMEGA)以及美国火星勘测轨道飞行器(Mars Reconnaissance Orbiter, MRO) 上搭载的紧凑型火星勘测成像光谱仪(Compact Reconnaissance Imaging Spectrometer for Mars, CRISM)的特点指标 及其相关应用。然后介绍了新型分光器件——声光可调谐滤波器(Acousto-Optic Tunable Filter, AOTF) 的原理及特点，并对拟用于月球探测的基于该分光技术的CE-3红外成像光谱仪和CE-5月球矿物光谱分 析仪进行了简要介绍。最后介绍了其光谱定标、辐射定标以及在宽温度范围内工作时的温度特性分析与校正，为AOTF在 深空探测中的进一步应用提供了技术参考。

Fiber sensors have been developed for industry application with significant advantages. In this paper, Fiber sensors for oil field service and harsh environment monitoring which have been investigated in Tsinghua University are demonstrated. By discussing the requirements of practical applications, the key technologies of long-period fiber grating (LPFG) based fiber sensor, optical spectrum analyzer for oil detection, laser induced breakdown spectroscopy (LIBS) system for soil contamination monitoring, and seismic sensor arrays are described.